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EXC 3094:  SCALE – Subzelluläre Architektur des Lebens

Fachliche Zuordnung Grundlagen der Biologie und Medizin
Förderung Förderung seit 2026
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533751785
 
Der menschliche Körper besteht aus Billionen von Zellen. Jede Zelle wiederum ist dicht gepackt mit Molekülen. Um ihre vielfältigen Funktionen zu erfüllen, sind Zellen in spezialisierte Segmente unterteilt, wie z.B. den Zellkern, der die genetische Information schützt, oder die Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle sind, welche jeweils charakteristische Molekülzusammensetzungen besitzen. Diese Moleküle folgen einer komplexen Choreografie und nutzen Synergieeffekte um die Segmente durch zelluläre Selbstorganisation zu bilden. Wissenschaftler haben den Inhalt zellulärer Segmente kartiert und ihren mikroskopischen Aufbau beschrieben, aber wie genau sie gebildet und dynamisch umgestaltet werden, ist unverstanden. Es ist nach wie vor unmöglich vorherzusagen, wie sich die subzelluläre Architektur bei zellulärem Stress verändert, beispielsweise bei neurodegenerativen Erkrankungen oder beim Altern, wenn Kernproteine fehllokalisieren und im Zytosol aggregieren oder Mitochondrien abnorme Substrukturen aufweisen. Diese Wissenslücke ist auf Grenzen aktueller experimenteller Möglichkeiten, wissenschaftlicher Konzeptualisierung und Rechenleistung zurückzuführen. SCALE ist ein Konsortium von Computer-, Struktur- und Zellwissenschaftlern, das diese Lücke mit den folgenden zentralen Elementen schließen will: Wir werden experimentelle Methoden entwickeln, um gleichzeitig die Aktivität und die genaue Lokalisation verschiedener Molekülarten in Zellen zu erfassen, und wir werden das Konzept des digitalen Zwillings, das bei Klimamodellierung und der Stadtplanung erfolgreich eingesetzt wird, für die Modellierung von Zellsegmenten nutzen. Konkret werden wir digitale Modelle und Computersimulationen von menschlichen Zellsegmenten in molekularem Detail erstellen. Diese digitalen Zwillinge von Zellsegmenten werden im Laufe der Zeit durch kontinuierliche Integration weiterer experimenteller Daten, durch Hochleistungsrechenverfahren und maschinelles Lernen, immer ausgefeilter, um letztendlich die Selbstorganisation der relevanten Moleküle zu erfassen. Unsere Vision ist, dass digitale Zwillinge lernen das molekulare Layout der subzellulären Architektur vorherzusagen, und dass sie zu einer innovativen Plattform für kollaboratives Datenmanagement und datenbasierte Veröffentlichung werden. SCALE wird vereinfachte Zellmodelle für die Lehre und die Weiterbildung der Öffentlichkeit erstellen, und die nächste Generation von Wissenschaftlern ausbilden. Unser Ziel ist es, dass digitale Zwillinge nicht nur zu einem Routinewerkzeug werden, um Hypothesen zu entwickeln und neue experimentelle Untersuchungen anzuregen, z.B. durch virtuelle Störung des Zellverhaltens oder durch Einführen klinisch relevanter Mutationen, sondern auch dazu dienen wissenschaftliche Entdeckungen zu kommunizieren. So werden unsere Bemühungen die Art und Weise, wie Wissenschaft betreiben wird, verändern und sowohl der wissenschaftlichen Gemeinschaft als auch unserer Gesellschaft zugutekommen.
DFG-Verfahren Exzellenzcluster (ExStra)
Antragstellende Institution Goethe-Universität Frankfurt am Main
 
 

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